KR100463139B1 - Ignition circuit and method for operating the same - Google Patents
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Abstract
점화 콘덴서의 크기 및 점화 과정동안 이용되지 않는 에너지를 줄이기 위하여, 점화 콘덴서의 충전 전압은 U0= 2*R*I로 설정되며, 여기서 R은 점화기(6)의 내부 저항이며, I는 점화 전류를 나타낸다. 점화 콘덴서(3)의 전기용량 값(C0)은 C0= T/R이며, 여기서 T는 점화 전류의 흐름 지속을 나타낸다.In order to reduce the size of the ignition capacitor and the energy not used during the ignition process, the charging voltage of the ignition capacitor is set to U 0 = 2 * R * I, where R is the internal resistance of the igniter 6 and I is the ignition current. Indicates. The capacitance value C 0 of the ignition capacitor 3 is C 0 = T / R, where T represents the continuation of the ignition current.
Description
미국 특허 제 3 949 357 호에는 차량의 충돌시 폐쇄되는 즉, 충돌 감지 센서로서 작동하는 두개의 스위치들이 직렬로 배치되어 있는 점화 캡을 갖춘 점화 회로가 설명되어 있다. 점화 회로에는 필요한 점화 에너지를 이용가능하게 하는 배터리가 제공된다.U.S. Patent No. 3 949 357 describes an ignition circuit with an ignition cap which is arranged in series with two switches which are closed in the event of a vehicle crash, ie act as a collision detection sensor. The ignition circuit is provided with a battery that makes the necessary ignition energy available.
차량의 통상적인 작동 동안 차량 배터리로부터 공급되는 전압 또는 전류 발생기에 의하여 예정된 충전 전압으로 충전되는 점화 축전기 배열이 점화 회로에 제공되는 것이 공지되어 있다(독일 특허 제 44 09 019 A1호). 점화 축전기 배열체는 가장 간단한 경우에 전압 또는 전류 발생기와 병렬로 연결되는 단일 점화 축전기로 구성되지만, 병렬 또는 직렬로 연결되는 두 개 이상의 점화 축전기도 포함할 수 있다.It is known that an ignition capacitor arrangement is provided in the ignition circuit which is charged at a predetermined charging voltage by a voltage or current generator supplied from the vehicle battery during normal operation of the vehicle (German Patent No. 44 09 019 A1). The ignition capacitor arrangement consists of a single ignition capacitor connected in parallel with the voltage or current generator in the simplest case, but may also include two or more ignition capacitors connected in parallel or in series.
독일 특허 제 196 24 357 C1호에는 규제 및 제한된 출력 전류 모드를 구비한 규제 방식 또는 비규제 방식으로 전류가 에너지 어큐뮬레이터로부터 인가되는 에어백용 점화 회로가 공개된다.German Patent No. 196 24 357 C1 discloses an ignition circuit for an airbag in which current is applied from an energy accumulator in a regulated or unregulated manner with a regulated and limited output current mode.
차량이 충돌될 때 점화되는 점화 캡에는 확실한 점화를 위하여 필요한 최소 전류값 및 전류가 흘러야 되는 필요한 최소 기간을 정의하는 특별한 사양이 제작 말기에 제공된다.The ignition cap, which is ignited when the vehicle crashes, is provided with a special specification at the end of the production which defines the minimum current value required for reliable ignition and the minimum duration required for the current to flow.
점화 캡 또는 점화 캡들이 점화되는 경우, 소비되지 않은 잔여 에너지 양은 점화 축전기 또는 축전기들내에 남아 있으며 상기 에너지의 잔여 양은 이용되지 않음에도 불구하고, 점화 축전기 또는 축전기들은 별도의 과도한 크기를 가져야 했다.When the ignition cap or ignition caps were ignited, the amount of residual energy that was not consumed remained in the ignition capacitor or capacitors and the ignition capacitor or capacitors had to have a separate excessive size, although the residual amount of energy was not used.
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 점화 회로를 작동시키는 방법에 관한 것이다. 더욱이, 본 발명은 개별 형성된 점화 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이 같은 점화 회로는 불꽃 전하(pyrotechnic charge)를 점화시키도록 설계되는 경우 필요할 때 하나 이상의 점화 캡을 점화시키기 위한 것이다. 이 같은 점화 회로는 일반적으로 폭발 과정을 트리거하기 위하여 이용되지만, 본 발명에서 점화 회로는 차량의 탑승자 보호 시스템(vehicle occupant protection systems), 특히 안전 벨트의 전인장 시스템(seat belt pretensioning systems) 또는 에어백 시스템(airbag systems) 등과 같은 안전시스템에 바람직하게 이용된다.The invention relates to a method of operating an ignition circuit according to the preamble of claim 1. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a separately formed ignition circuit. Such ignition circuits are intended to ignite one or more ignition caps when necessary when designed to ignite pyrotechnic charge. Such ignition circuits are generally used to trigger an explosion process, but in the present invention the ignition circuits are used for vehicle occupant protection systems, in particular seat belt pretensioning systems or airbag systems. It is preferably used in safety systems such as airbag systems.
도 1은 본 발명에 따른 점화 회로의 일 실시예를 도시한 도면이며,1 is a view showing an embodiment of an ignition circuit according to the present invention,
도 2는 점화 공정동안 전압 및 전류의 변화를 나타내는 도면이다.* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *1 : 제어 유닛 2 : 전압 또는 전류 공급원(발전기)3 : 점화 축전기 4 : 스위치6 : 점화 캡 C0: 전기용량 값I : 전류 R : 내부 저항T : 주기 U0: 충전 전압Fig. 2 shows the change in voltage and current during the ignition process. * Description of the main parts of the figure. * 1: Control unit 2: Voltage or current source (generator) 3: Ignition capacitor 4: Switch 6: Ignition cap C 0 : Capacitance value I: Current R: Internal resistance T: Period U 0 : Charge voltage
본 발명은 점화 회로를 소형으로 설계하며 에너지의 효율적인 이용이 가능한 점화 회로의 작동 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a method of operating an ignition circuit in which the ignition circuit can be compactly designed and energy can be efficiently used.
이 목적은 청구항 1에서 특정된 수단에 의하여 달성된다.This object is achieved by the means specified in claim 1.
더욱이, 본 발명은 청구항 2에서 청구된 바와 같이 점화 에너지의 효율적 이용 및 소형 회로 설계를 허용하는 점화 회로를 제공한다.Moreover, the present invention provides an ignition circuit that allows efficient use of ignition energy and small circuit design as claimed in claim 2.
본 발명에서, 점화의 경우 점화 캡(또는 점화 캡들)으로 흐르는 전류가 점화 캡에 필요한 최소 전류 또는 소정의 다소 큰 값으로 선택되는 전류로 제한되며, 점화 축전기 또는 축전기들의 충전 전압은 소정의 점화 전류 및 점화 캡과 점화 세트의 내부 저항의 함수로서 계산된다. 더욱이, 점화 축전기 또는 축전기들의 전기용량 값은 점화 캡 또는 캡들의 내부 저항에 의하여 나누어지며, 대응되는 크기를 가지는 점화 캡 또는 캡들에 대하여 필요한 전류 흐름의 최소 기간의 함수로서 선택적으로 계산된다.In the present invention, in the case of ignition, the current flowing to the ignition cap (or ignition caps) is limited to the minimum current required for the ignition cap or a current selected to a predetermined rather large value, and the charging voltage of the ignition capacitor or capacitors is a predetermined ignition current And as a function of the ignition cap and the internal resistance of the ignition set. Moreover, the capacitance value of the ignition capacitor or capacitors is divided by the internal resistance of the ignition cap or caps and is optionally calculated as a function of the minimum duration of current flow required for the ignition cap or caps having a corresponding size.
이러한 과정은 점화 작동후 점화 축전기 또는 축전기들내에서 사용되지 않고 남아 있는 에너지 및 점화 캡 스위치 또는 전류 리미터에서 소모된 에너지들이 선택적으로 최소화될 수 있게 한다. 이 방식으로, 상기 방법 및 점화 회로는 점화 축전기 또는 축전기들내에 저장되는 점화 에너지가 최적 방식으로 점화 과정을 위하여 이용되는 것과 같은 방식으로 형성됨으로써 전기용량 값, 및 점화 축전기 또는 축전기의 크기가 최적의 작은 값으로 설정된다. 이 방식으로, 에너지 및 충전 전압의 이용은 최적화되는 동시에, 점화 회로의 크기는 상대적으로 작은 점화 축전기의 이용에 의해 최소화될 수 있다. 점화 전압 및 전기 용량 값은 각각의 필요한 최소값으로 설정될 수 있다. 그러나, 안전상의 이유로, 예를 들면 상기 계산된 값의 20%, 바람직하게는 10% 이상의 안전 임계를 갖도록 충전 전압 및/또는 전기용량 값을 제공하는 것도 가능하다.This process allows the energy remaining in the ignition capacitor or capacitors and the energy consumed in the ignition cap switch or current limiter to be selectively minimized after ignition operation. In this way, the method and ignition circuit are formed in such a way that the ignition energy stored in the ignition capacitor or capacitors is used for the ignition process in an optimal manner so that the capacitance value and the size of the ignition capacitor or capacitor are optimal. It is set to a small value. In this way, the use of energy and charging voltage is optimized, while the size of the ignition circuit can be minimized by the use of relatively small ignition capacitors. The ignition voltage and capacitance values can be set to their respective minimum values. However, for safety reasons it is also possible to provide charge voltage and / or capacitance values, for example, to have a safety threshold of at least 20%, preferably at least 10%, of the calculated value.
본 발명은 도면을 참고하여 일 실시예에 의하여 아래 더욱 상세하게 설명된다.The invention is explained in more detail below by one embodiment with reference to the drawings.
도 1에 도시된 점화 회로(firing circuit)는 차량의 탑승자 보호 시스템(vehicle occupant protection system)의 부품을 구성하며 차량내에 배치되는 하나 이상의 사고 감지 센서(accident sensors)(도시안됨)로부터 신호를 수신하는 제어 유닛(1)을 포함한다. 제어 유닛(1)은 동력 공급을 위한 차량의 전기 시스템으로 연결되며, 사고가 감지되었을 때 사고 감지 센서의 신호를 평가하며 점화 캡(firing cap; 6)을 작동시키며 제어 유닛(1)에 연결된 에어 백의 점화 캡 등과 같은 차량 탑승자 보호 시스템의 마이크로 프로세서(도시안됨)가 제공된다. 위험한 상황에서 제어 유닛(1)에 의하여 작동되는 두개 이상의 점화 캡(6)도 제어 유닛에 연결될 수 있다.The firing circuit shown in FIG. 1 constitutes part of the vehicle occupant protection system of the vehicle and receives signals from one or more accident sensors (not shown) disposed within the vehicle. Control unit 1. The control unit 1 is connected to the vehicle's electrical system for powering, evaluates the signal of the accident detection sensor when an accident is detected, activates the firing cap 6 and connects the air to the control unit 1. A microprocessor (not shown) of a vehicle occupant protection system, such as an ignition cap of a bag, is provided. Two or more ignition caps 6 actuated by the control unit 1 in dangerous situations can also be connected to the control unit.
제어 유닛(1)은 내부적으로 차량의 전기 시스템으로부터 입력 동력을 인가하며 예정된 충전 전압(charge voltage)에 병렬 연결된 점화 축전기(3)를 충전시키는 교류 발전기(2)를 포함한다. 교류 발전기(2) 대신, 전압 발전기가 제공될 수도 있다. 더욱이, 점화 축전기(3)에 부가하여, 점화 축전기(3)에 병렬 및/또는 직렬로 연결된 하나 이상의 추가 점화 축전기를 제공하는 것도 가능하다. 점화 캡(6)을 점화하는 것이 필요할 때 개략적으로 도시된 바와 같이 제어 유닛(1)에 의하여 스위칭되는 점화 축전기(3)로부터 점화 캡(6)으로 이끄는 라인에 스위치(점화 캡 스위치)(4)가 제공되는 경우, 트랜지스터로서 실시되는 스위치(4)의 베이스에 펄스형 제어 신호(5)가 인가된다. 스위치(4)에는 스위치(4)로부터 분리되어 실시되거나 스위치(4)내에 통합될 수 있는 전류 리미터(current limiter)(도시안됨)가 제공된다. 전류 리미터는 통상적인 방식으로 장착될 수 있으며 점화 캡(6)으로 흐르는 전류를 제한한다. 전류 리미팅 값(current limiting value)은 제조자에 의하여 특히 점화 캡용으로 예정되며 안전한 점화를 위하여 최소로 필요한 전류인 전류값에 직접 설정되는 것이 바람직하지만, 안전성을 위하여, 또한 최소로 필요한 전류값의 1.1 배 등과 같이 최소로 필요한 전류값의 1.0 내지 1.2 배의 범위에 있는 상대적으로 높은 값으로 설정되어야 한다.The control unit 1 comprises an alternator 2 which internally applies input power from the vehicle's electrical system and charges the ignition capacitor 3 connected in parallel to a predetermined charge voltage. Instead of the alternator 2, a voltage generator may be provided. Furthermore, in addition to the ignition capacitor 3, it is also possible to provide one or more additional ignition capacitors connected in parallel and / or in series with the ignition capacitor 3. When it is necessary to ignite the ignition cap 6 a switch (ignition cap switch) 4 in the line leading from the ignition capacitor 3 to the ignition cap 6 which is switched by the control unit 1 as shown schematically. Is provided, the pulsed control signal 5 is applied to the base of the switch 4, which is implemented as a transistor. The switch 4 is provided with a current limiter (not shown) which can be implemented separately from the switch 4 or integrated into the switch 4. The current limiter can be mounted in a conventional manner and limits the current flowing to the ignition cap 6. The current limiting value is intended by the manufacturer, in particular for the ignition cap, and is preferably set directly to the current value, which is the minimum current required for safe ignition, but for safety and also 1.1 times the minimum required current value. Etc., it should be set to a relatively high value in the range of 1.0 to 1.2 times the minimum required current value.
일반적으로, 점화 축전기 또는 축전기들(3)에 저장된 에너지가 전류 축전기의 전기 용량 및 점화 축전기가 충전되는 인가된 충전 전류의 제곱에 비례하여 상승한다. 종래에는, 점화 축전기들이 회로내에서 현재의 최대 가능한 전압으로 충전되었다. 이와 대조적으로, 본 발명은 점화 축전기 (또는 점화 축전기들)(3) 및 충전 전압(점화 축전기의 시작 전압)의 전기 용량 값의 크기(dimensioning)를 최적화하는 방법을 이용할 수 있다. 점화 축전기(3)의 전기용량(C0) 및 점화 축전기(3)의 충전 전압(시작 전압)(U0)에 대한 최적값은 점화 캡, 점화 캡 전류의 전류 리미팅 값(바람직하게는 최소로 필요한 전류) 및 확실한 점화를 위하여 필요하며 점화 캡에 대하여 특히 예정되는 전류 흐름의 최소 기간에 따르는 공지된 점화 캡 저항(R)의 함수로서 결정된다.In general, the energy stored in the ignition capacitor or capacitors 3 rises in proportion to the square of the capacitance of the current capacitor and the applied charging current to which the ignition capacitor is charged. Conventionally, ignition capacitors have been charged to the current maximum possible voltage in the circuit. In contrast, the present invention may utilize a method of optimizing the dimensioning of the capacitance value of the ignition capacitor (or ignition capacitors) 3 and the charging voltage (starting voltage of the ignition capacitor). The optimum value for the capacitance C 0 of the ignition capacitor 3 and the charging voltage (starting voltage) U 0 of the ignition capacitor 3 is the current limiting value of the ignition cap, ignition cap current (preferably to a minimum). Current required) and is determined as a function of the known ignition cap resistance (R), which is necessary for reliable ignition and which follows the minimum duration of the current flow, which is particularly intended for the ignition cap.
도 2의 상부는 시간(t)이 종좌표에 플로트되며 점화 축전기(3)의 전압(U)이 횡좌표에 플로트되는 점화 과정동안 점화 축전기에서의 전압의 변화를 일반적으로 도시한 것이다. 주기(T)는 확실한 점화를 위하여 필요한 전류 흐름의 최소 기간을 나타낸다. "I*R"은 점화 과정이 종결된 후 점화 축전기(3)에서 여전히 존재하는 전압을 나타낸다. 곡선의 하부에서, 점화 전류의 변화 및 그럼으로써 전류가 도시된다. 명백한 바와 같이, 전류(I)는 시간 0에서 스위칭되며 정 전류 값, 바람직하게는 최소로 필요한 전류값으로 즉시 제한되며, 그때 주기(T)까지, 즉 최소로 필요한 시간 간격동안 일정하게 흐른다. 그때, 스위치를 개방함으로써 다시 스위칭 오프된다. 점화 축전기(3)로부터 전류의 일정한 송출(drawing off)은 점화 축전기 전압의 선형 강하(상부 곡선에 도시됨)를 초래한다. 전류 오버 타임(current over time)의 변화는 스위치(4)에 인가되는 제어 신호(5)의 전압 오버 타임(voltage over time)에서의 변화에 대응하는 곡선의 하부에 도시된다.The upper part of FIG. 2 generally shows the change in voltage at the ignition capacitor during the ignition process in which time t is plotted in ordinate and the voltage U of ignition capacitor 3 is plotted in abscissa. Period T represents the minimum duration of current flow required for reliable ignition. "I * R" represents the voltage still present in the ignition capacitor 3 after the ignition process is terminated. At the bottom of the curve, the change in ignition current and thus the current is shown. As is apparent, the current I is switched at time zero and immediately limited to a constant current value, preferably the minimum required current value, and then flows constantly until the period T, ie for the minimum required time interval. At that time, it is switched off again by opening the switch. A constant drawing off of the current from the ignition capacitor 3 results in a linear drop in the ignition capacitor voltage (shown in the upper curve). The change in current over time is shown at the bottom of the curve corresponding to the change in voltage over time of the control signal 5 applied to the switch 4.
다음의 수학식은 최적값을 찾으며 설정하기 위한 기본식으로서 이용된다.The following equation is used as a basic formula for finding and setting an optimal value.
수학식 2에서, " C*U2/2 "는 초기(점화 작동전)에 점화 축전기(3)에 저장된 에너지를 나타내는 반면, " R*I2*T "는 점화 캡(6)으로 공급되는 에너지를 나타낸다. 차이값(F)은 점화를 위하여 이용되는 에너지가 아니라 스위치(4)(및/또는 전류 리미터)에서 소비되거나 점화 축전기(3)내에 저장되는 에너지이다. F의 최소 값을 결정하기 위하여, 이 표현은 아래에 주어지며 수학식 1 및 수학식 2에 동등한 수학식 3을 얻을 수 있도록 전압(U)에 따라 변화(최소화)된다.In Equation 2, "C * U 2/ 2" , on the other hand represents the energy stored in the ignition capacitor 3 to the initial (ignition before operation), "R * I 2 * T" is supplied to the ignition cap (6) Represents energy. The difference value F is not the energy used for ignition but the energy consumed in the switch 4 (and / or current limiter) or stored in the ignition capacitor 3. In order to determine the minimum value of F, this expression is given below and is changed (minimized) according to the voltage U so that Equation 3 equivalent to Equations 1 and 2 can be obtained.
충전 전압 또는 시작 전압(U0)에 대한 값 및 점화 축전기(3)의 전기용량 값(C0)은 수학식 3 및 수학식 1에 의하여 계산된다.
따라서, 충전 전압(U0)의 최적 값은 점화 캡 저항과 (일정한, 제한된 전류인) 점화 전류(I)와의 곱의 두 배에 대응된다. 즉, 점화 축전기(3)의 가장 작은 최적의 가능한 전기용량 값(C0)은 전류 흐름의 최소 주기(T)를 점화 캡의 저항(R)으로 나눈 값에 대응된다. 본 발명에 따라 충전 전류에 실제적으로 이용되는 값 및 점화 회로에서의 전기용량 값은 주어진 값들에 직접 대응되지만, 안전성을 위하여, 약간 더 높은 값, 예를 들면 20%까지 더 높으며 바람직하게는 10%까지만 더 높은 값이 선택될 수 있다.Thus, the optimum value of the charging voltage U 0 corresponds to twice the product of the ignition cap resistance and the ignition current I (which is a constant, limited current). That is, the smallest optimal possible capacitance value C 0 of the ignition capacitor 3 corresponds to the value obtained by dividing the minimum period T of the current flow by the resistance R of the ignition cap. The value actually used for the charging current and the capacitance value in the ignition circuit according to the invention correspond directly to the given values, but for safety reasons, a slightly higher value, for example up to 20% higher and preferably 10% Only higher values can be selected.
그러므로, 점화 과정동안 점화 회로내에서 소비되는 최소 에너지, 즉 점화를 위하여 이용되지 않는 에너지는 전기용량 및 충전 전압에 대한 최적 값을 계산하기 위한 표준으로서 이용된다. 결정되는 최소 전기용량 값(C0)은 전체로서 점화 회로가 매우 소형 방식으로 형성되도록 동일한 시간에 점화 축전기로 가장 작은 설계로도 인가된다. 게다가, 전류 리미팅 스위치(4)에서 전력 손실은 또한 동시에 최소화된다.Therefore, the minimum energy consumed in the ignition circuit during the ignition process, i.e. the energy not used for ignition, is used as a standard for calculating the optimum values for capacitance and charging voltage. The determined minimum capacitance value C 0 is also applied to the smallest design with the ignition capacitor at the same time so that the ignition circuit is formed in a very compact way as a whole. In addition, the power loss in the current limiting switch 4 is also minimized at the same time.
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